综述：体力活动期间骨骼肌与大脑之间的相互作用——探索表观遗传机制

《Epigenetics》：Crosstalk between skeletal muscle and the brain during physical activity - in search of epigenetic mechanisms

肌肉-脑轴介导运动改善肥胖及糖尿病相关认知功能的机制研究，重点揭示运动通过释放myokines（如BDNF、IL-6、CTSB）调控神经发生及炎症，并探讨表观遗传学（DNA甲基化、组蛋白修饰、m6A）在运动诱导的肌肉-脑双向通信中的关键作用。

　　近年来，科学研究越来越关注肌肉与大脑之间的相互作用在代谢调节中的关键作用，尤其是在2型糖尿病和肥胖人群中。这种复杂的双向交流机制，被称为肌肉-大脑轴，涉及到由骨骼肌分泌的多种肌因子（myokines）的释放和其对大脑功能的影响。肌因子是骨骼肌在运动过程中产生的蛋白质激素，它们不仅影响肌肉本身的生理状态，还能够穿越血脑屏障，调节大脑的神经可塑性、记忆形成以及情绪调节等关键功能。这些分子信号的释放与运动类型、强度和持续时间密切相关，并且在不同生理状态下可能表现出不同的作用机制。

在健康个体中，运动已被证明能够显著改善肌肉功能，同时促进大脑健康。例如，有研究表明，长期的有氧运动和抗阻训练能够增强骨骼肌的代谢能力，提升其对葡萄糖的摄取效率，从而改善胰岛素敏感性。同时，这些运动形式还能够通过释放如鸢尾素（irisin）、组织蛋白酶B（CTSB）和白细胞介素6（IL-6）等肌因子，刺激大脑中的神经生成和突触可塑性，进而改善认知功能。其中，鸢尾素在运动过程中被释放，通过激活过氧化物酶增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）发挥其作用，从而影响能量代谢、肝脏糖原合成以及神经保护等过程。此外，CTSB在运动后显著增加，其对海马体中BDNF的表达具有促进作用，从而支持运动对认知功能的改善。

然而，在肥胖和2型糖尿病等代谢性疾病中，这种肌肉-大脑轴的调控机制可能会受到干扰。研究表明，肥胖状态通常伴随着慢性低度炎症，这不仅会影响胰岛素敏感性，还可能干扰肌因子的正常分泌和信号传递。例如，CTSB在肥胖状态下表现出异常升高，这可能加剧炎症反应，而鸢尾素的表达则可能被抑制。这种变化可能导致海马体体积缩小，进而影响学习、记忆和情绪调节能力。此外，肥胖和糖尿病患者往往表现出BDNF水平下降，这与认知功能障碍和情绪问题密切相关。

在这些复杂的生理变化背后，表观遗传学和表观转录组学机制扮演着至关重要的角色。表观遗传学研究的是基因表达的可逆变化，这些变化不涉及DNA序列的改变，而是通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码RNA等途径实现的。例如，运动可以诱导DNA甲基化和组蛋白乙酰化等表观遗传变化，从而调控关键基因的表达，如BDNF和PGC-1α。这些变化不仅有助于肌肉适应性增强，还可能通过影响大脑的表观遗传状态，促进神经可塑性和认知功能的改善。

表观转录组学则关注RNA分子上的化学修饰，如N6-甲基腺苷（m6A）等。研究表明，运动可以促进m6A水平的增加，从而影响RNA的稳定性、剪接和翻译过程，进而调控蛋白质合成和细胞功能。在肥胖和糖尿病的背景下，这些表观遗传和表观转录组学的变化可能与神经退行性疾病和认知功能障碍的发生有关。例如，高脂肪饮食诱导的肥胖和糖尿病模型中，表观遗传调控的异常可能与海马体中BDNF表达的减少和神经元凋亡的增加有关。

值得注意的是，运动不仅能够影响个体自身的表观遗传状态，还可能通过母体效应影响后代的健康。例如，研究表明，母体在怀孕期间进行规律的运动，可以改变后代大脑中关键基因的表达模式，如Pgc-1α，从而改善后代的代谢功能和神经健康。此外，运动还能够通过影响乳酸和β-羟基丁酸（BHB）等代谢产物的水平，调节表观遗传和表观转录组学变化，从而促进神经保护和认知功能的提升。

综上所述，肌肉-大脑轴在运动过程中发挥着重要的调控作用，而表观遗传学和表观转录组学的变化可能是这一轴的调控基础。随着对这些机制研究的深入，未来可能开发出更多基于运动的干预策略，以改善肥胖和糖尿病相关的代谢紊乱和认知功能障碍。同时，进一步探讨这些表观遗传变化如何影响神经可塑性和神经退行性疾病的进程，也将为理解运动对健康和疾病的影响提供新的视角。